Kanske får det vara mitt amatörbidrag till matematiken. Troligare finns formeln redan, eller andra, smartare och elegantare varianter. Var så god och sök på webben 🙂
Formeln bygger på iakttagelsen att en regelbunden månghörning som är inskriven i en cirkel med radien 1, har en omkrets som närmar sig pi när antalet hörn blir större.
Idén är att börja med en kvadrat inskriven i cirkeln. Den har omkretsen $latex 2\sqrt{2}&s=1$ . Dubbla sedan antalet hörn till 8. Dess sida kan relativt enkelt beräknas med hjälp av kvadraten. Nästa steg är en 16-hörning, vars sida kan beräknas med åttahörningen. Etc.
Alltså:
Antag att vi har en cirkel med radie 1.
I cirkeln skriver vi in en regelbunden månghörning med $latex 2^{n}&s=1$ hörn, där $latex n>1&s=1$.
Antag vidare att vi känner till hur lång sidan är på denna månghörning.
Kan vi då beräkna sidan på månghörningen med $latex 2^{n+1}&s=1$ hörn?
Låt oss dela upp den första månghörningen (den med $latex 2^{n}&s=1$ hörn) i likbenta trianglar med toppen i cirkelns mitt. Varje triangel ser då ut något i stil med nedanstående figur. Dela även upp den likbenta triangeln i två rätvinkliga trianglar:
Vi antar som sagt att för rektangeln med $latex 2^{n}&s=1$ hörn så har vi räknat ut sidan $latex C&s=1$. Omkretsen på denna månghörning kommer då att vara $latex {C_{n}}*2^{n}&s=1$ Omkretsen av cirkeln med radien 1 är enligt skolboken $latex 2 * \pi &s=1$. När antalet hörn ökar kommer alltså $latex {C_{n}}*2^{n – 1}&s=1$ att bli en bättre och bättre approximation av pi.
Låt nästa steg vara en månghörning med dubbelt så många hörn, $latex 2^{n+1}$. Dela även upp denna månghörning i likbenta trianglar med topp i cirkelns mitt, och dela upp den likbenta triangeln i två rätvinkliga trianglar:
Observera nu att de blåmarkerade trianglarna är kongruenta. Med den iakttagelsen går det att hitta ett samband mellan $latex {C_{n}}&s=1$ och $latex {C_{n+1}}&s=1$. Med lite räknande får man sambandet:
$latex {C_{n+1}} = \sqrt{2 – \sqrt{4-C_{n}^2}}&s=1$
Enkelt uttryckt innebär det att vi har ett samband mellan sidan på en månghörning och sidan på en månghörning med dubbet så många hörn.
Givet att en regelbunden månghörning inskriven i en cirkel med radien 1 har sidan $latex {C_{n}}&s=1$, så vet vi nu att månghörningen med dubbelt så många hörn har omkretsen:
$latex 2^{{n}+1}{C_{n+1}} =2^{{n}+1}\sqrt{2 – \sqrt{4-C_{n}^2}}&s=1$
Efter lite mer räkningar kan vi nu ta fram en rekursiv formel för successiv beräkning av pi:
$latex \pi_{{n}+1}=2^{({n}+1)/2}\sqrt{2^{n}-\sqrt{4^{n}-\pi_{n}^2}}&s=1$
Startvärdet är en kvadrat inskriven i cirkeln, dvs $latex {n}=2&s=1$:
$latex \pi_{1}=2\sqrt{2}&s=1$
Utvecklingen går någorlunda snabbt. Approximation för pi blir:
4-hörning: $latex \pi\approx 2,8&s=1$
8-hörning: $latex \pi\approx 3,06&s=1$
16-hörning: $latex \pi\approx 3,12&s=1$
32-hörning: $latex \pi\approx 3,137&s=1$
64-hörning: $latex \pi\approx 3,140&s=1$
128-hörning: $latex \pi\approx 3,1413&s=1$
256-hörning: $latex \pi\approx 3,14151&s=1$
512-hörning: $latex \pi\approx 3,14157&s=1$
1024-hörning: $latex \pi\approx 3,141588&s=1$
2048-hörning: $latex \pi\approx 3,141591&s=1$
4096-hörning: $latex \pi\approx 3,1415923&s=1$
8192-hörning: $latex \pi\approx 3,1415925&s=1$
/David Armini